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故障檢查與技術(shù)維護 |
交流發(fā)電機的調(diào)壓方式和原理 |
摘要：AVR是英文automatic voltage regulator的縮寫，是三相同步發(fā)電機的重要部件。AVR是一種半波相近控制閘流管型的自動電壓調(diào)節(jié)器，是康明斯公司生產(chǎn)的斯坦福交流發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的一部分。除調(diào)節(jié)康明斯柴油發(fā)電機組的電壓外，AVR還具有低速和無檢測信號保護的功能，以保證對發(fā)電機安全可靠的控制，勵磁電源直接由發(fā)電機輸出端導出。AVR電源電路使用的高效半導體保證了由剩磁獲得的起勵電壓。
一、調(diào)壓方式
AVR自動電壓調(diào)節(jié)器是一種密封電子裝置，通過控制低功率的勵磁機磁場，調(diào)節(jié)勵磁機電樞的整流輸出功率，從而達到控制主機磁場電流，穩(wěn)定無刷發(fā)電機之輸出電壓要求，具有低頻與無輸入信號保護裝置。并附有并聯(lián)補償功能，符合客戶擴增容量需求。其具有電壓整定、穩(wěn)定度調(diào)節(jié)、F/V頻率/電壓特性設(shè)定、F/V低頻保護、F/V電壓下降設(shè)定、勵磁電流限制、并聯(lián)正交調(diào)差（下垂調(diào)節(jié)）等功能，同時可外接電壓微調(diào)電位器、功率因數(shù)調(diào)節(jié)器進行控制。并附有并聯(lián)補償功能，符合客戶擴增容量需求。對電力系統(tǒng)電壓和無功功率進行調(diào)整的方式。通常有：
1、逆調(diào)壓
考慮到高峰負荷時供電線路上電壓損耗大，將中樞點電壓適當升高以抵消部分甚至全部損耗的電壓損耗的增大；低谷負荷時供電線路上電壓損耗小，將中樞點電壓適當降低以補償部分甚至全部電壓損耗的減少，有可能滿足負荷對電壓質(zhì)量的要求。高峰負荷時升高中樞點電壓、低谷負荷時降低中樞點電壓的電壓調(diào)節(jié)方式。通常用于供電線路較長、負荷變動較大的情況。
2、常調(diào)壓
在任何負荷下都保持中樞點電壓為基本不變數(shù)值的調(diào)壓方式。通常適用于負荷變動小、線路上電壓損耗小的情況。
3、順調(diào)壓
高峰負荷時允許中樞點電壓略低，而低負荷時卻略高的調(diào)壓方式。它適用于允許電壓偏移較大的配電網(wǎng)。
二、發(fā)電機工作原理與調(diào)壓
1、發(fā)電機工原理
由于發(fā)電機與發(fā)動機的傳動比是固定的，所以發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而變化。柴油發(fā)電機組在運行過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化范圍很大，發(fā)電機的端電壓也將隨發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化而在很大范圍內(nèi)變化。發(fā)電機對用電設(shè)備供電和向蓄電池充電，都要求其電壓穩(wěn)定，所以為使電壓始終保持在某一數(shù)值基本不變，就必須對發(fā)電機的輸出電壓進行調(diào)節(jié)。
AVR與主定子繞組和勵磁繞組連接，對輸出電壓提供精度為±1％的閉環(huán)控制。在從主定子獲得電源外，AVR還從輸出繞組取樣電壓以實現(xiàn)對輸出的控制。AVR根據(jù)獲得的采樣數(shù)據(jù)控制輸出到勵磁系統(tǒng)的電流，通過可控硅導通角的調(diào)節(jié)，把無功功率、功率因數(shù)和輸出電壓控制在一定的范圍內(nèi)。柴油發(fā)電機組的AVR接線方式國產(chǎn)和進口機基本一樣，只需要連接E＋、E－和U、V相繞組取樣電壓和零線，根據(jù)取樣電壓與設(shè)定電壓的誤差放大，經(jīng)脈寬調(diào)制，通過可控硅導通角的調(diào)節(jié)控制輸出勵磁電流從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出電壓。
2、調(diào)壓原理
由交流發(fā)電機的工作原理我們知道，交流發(fā)電機的三相繞組產(chǎn)生的相電動勢的有效值：Eφ==CeФn（V）。以斯坦福AVR調(diào)壓板為例，實物圖1為型號AS440；圖2為型號MX450；圖3為型號MX341。
這里Ce為發(fā)電機的結(jié)構(gòu)常數(shù)，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，Ф為轉(zhuǎn)子的磁極磁通，也就是說交流發(fā)電機所產(chǎn)生的感應電動勢與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和磁極磁通成正比。當轉(zhuǎn)速升高時，Eφ增大，輸出端電壓UB升高，當轉(zhuǎn)速升高到一定值時（空載轉(zhuǎn)速以上），輸出端電壓達到極限，要想使發(fā)電機的輸出電壓UB不再隨轉(zhuǎn)速的升高而上升，只能通過減小磁通Ф來實現(xiàn)。又磁極磁通Ф與勵磁電流If成正比，減小磁通Ф也就是減小勵磁電流If。
所以，交流發(fā)電機調(diào)節(jié)器的工作原理是：當交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升高時，調(diào)節(jié)器通過減小發(fā)電機的勵磁電流If來減小磁通Ф，使發(fā)電機的輸出電壓UB保持不變。觸點式電壓調(diào)節(jié)器通過觸點開閉，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小晶體管調(diào)節(jié)器、集成電路調(diào)節(jié)器等利用大功率三極管的導通和截止，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小。
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圖1 調(diào)壓板AS440 |
圖2 MX450穩(wěn)壓板 |
圖3 MX341（AVR）穩(wěn)壓板 |
三、AVR的主要功能
以康明斯柴油發(fā)電機組為例，其調(diào)壓板接線圖和功能微調(diào)旋鈕指示分別如圖4、圖5所示。
（1）分壓器和整流器占發(fā)電機輸出電壓的一部分，并使其衰減。電位分器可由AVR伏特電位器和外部手動微調(diào)器(安裝時)調(diào)節(jié)。從下垂CT的輸出也被添加到這個信號。整流器將交流輸入信號轉(zhuǎn)換為直流，以便進一步處理。直流機添加模擬輸入信號傳感信號。
（2）放大器(Amp)將感應電壓與參考電壓進行比較，并放大差分(誤差)，為電力設(shè)備提供控制信號。坡道發(fā)電機、液位檢測器和驅(qū)動程序無限控制功率控制裝置的傳導周期，因此提供了在指定范圍內(nèi)維持發(fā)電機電壓的激勵系統(tǒng)。
（3）穩(wěn)定電路提供可調(diào)負反饋，以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)和瞬態(tài)性能。
（4）同步電路用于保持低斜坡發(fā)生器和赫茲發(fā)生器波形周期的探測器鎖定。
（5）低通濾波器可防止失真波形影響AVR控制電路的運行。短路檢測器檢測發(fā)電機輸出端存在短路，并迫使功率控制裝置完全導通。這僅發(fā)生在AVR從輔助繞組供電時。功率控制裝置根據(jù)放大器產(chǎn)生的誤差信號來改變勵磁電流的大小。
（6）抑制元件包括防止亞周期電壓尖峰損壞AVR元件，并減少發(fā)電機端子上傳導噪聲的數(shù)量。
（7）過勵磁檢測器持續(xù)監(jiān)測勵磁機的勵磁電壓，并提供信號，如果在指定的時間周期內(nèi)持續(xù)存在勵磁狀態(tài)，則會使輸出電壓崩潰。
（8）電源提供用于AVR電路所需的電壓。
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圖4 康明斯發(fā)電機組AVR調(diào)壓板接線圖 |
圖5 康明斯發(fā)電機組調(diào)壓板調(diào)整旋鈕功能指示圖 |
四、AVR控制的調(diào)整
1、電壓調(diào)整
發(fā)電機的輸出電壓設(shè)置在工廠出廠前完成，但可以通過仔細調(diào)整AVR板上的電壓控制，如需安裝或可由外部手動微調(diào)。如果需要進行重大調(diào)整或失去穩(wěn)定性，請遵循“電壓設(shè)置”。如果手動微調(diào)端口1和端口2將短路。La和Lb的終端連接只用于特殊的低電壓應用。
注意：不要增加額定發(fā)電機電壓以上的電壓。如有疑問，請參閱安裝在發(fā)電機外殼上的等級板。切勿將手動微調(diào)端子接地，因為這些終端可能超出了地電位。否則可能會導致設(shè)備損壞。如果替換的AVR已經(jīng)安裝或重新設(shè)置了電壓調(diào)整，在運行發(fā)電機前，將電壓控制完全反順。
2、電壓設(shè)置程序
主要用于調(diào)整和更換AVR。閱讀并理解這個程序，然后再動手嘗試。
（1）工作在運行發(fā)電機之前，將電壓控制完全逆時針旋轉(zhuǎn)。
（2）將遠程電壓調(diào)整器(如果安裝)安裝到中途位置。
（3）將“STABILITY ”控制轉(zhuǎn)向中間位置。
（4）連接一個合適的電壓表(0-300v ac)。
（5）啟動發(fā)電機組，并在額定頻率上無負載運行，例如50-53hz或60-63hz。
（6）如果發(fā)光二極管(LED)亮起，請參閱下面的頻率滾下(UFRO)調(diào)整。
（7）請小心地順時針方向旋轉(zhuǎn)電壓控制，直到達到額定電壓。
（8）如果額定電壓存在不穩(wěn)定，請參考穩(wěn)定性調(diào)整，必要時再調(diào)整電壓。
（9）電壓調(diào)整現(xiàn)已完成。
3、穩(wěn)定性調(diào)整
AVR包括一個穩(wěn)定或阻尼電路，以提供良好的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能的發(fā)電機。提供了一個開關(guān)，以改變穩(wěn)定電路的響應，以適應不同的框架大小的發(fā)電機和應用。該表顯示了可用的選項。穩(wěn)定調(diào)節(jié)的正確設(shè)置可以通過在沒有負載的情況下運行發(fā)電機來找到，并且在發(fā)電機電壓開始不穩(wěn)定之前，緩慢地逆時針旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定控制。從這一點(即機器電壓穩(wěn)定但靠近不穩(wěn)定區(qū)域)，最優(yōu)或臨界阻尼位置是順時針的。在頻率下滾下(UFRO)
（1）調(diào)整
AVR集成了一個低速保護電路，當發(fā)電機速度低于一個被稱為“knee”點的可預設(shè)置閾值時，該電路提供電壓/赫茲特性。紅色發(fā)光二極管(LED)給出指示，UFRO電路操作。UFRO調(diào)整預置和密封，只需要選擇50或60Hz使用跳線連接。對于最佳的設(shè)置，LED應該照射到低于標稱的頻率，即在50Hz系統(tǒng)上的47Hz或60Hz系統(tǒng)上的57Hz。
（2）DROOP的調(diào)整
為并聯(lián)運行的發(fā)電機配備了一個正交的下垂的ct，它為AVR提供了一個依賴于功率因素的信號。在AVR上，cot與S1S2相連。正常情況下，在全負荷零功率因數(shù)下，DROOP的調(diào)整通常是預先設(shè)定的，使5%的電壓下降。順時針增加的數(shù)量比較溫度信號注入了AVR和增加下垂滯后功率因數(shù)(因為0)。完全逆時針控制，沒有DROOP。
（3）修剪調(diào)整
模擬輸入(A1A2)連接到功率因數(shù)控制器或其他設(shè)備。它被設(shè)計成接受直流信號高達±5V。
注意：任何與此輸入相連接的設(shè)備必須完全浮動，并從地面上以電流隔離，具有500vac的絕緣性能。未能遵守這可能導致設(shè)備損壞。
應用于此輸入的直流信號增加了AVR傳感電路。A1連接到AVROV。正的A2增加。A2的負電荷減少。微調(diào)控制允許用戶調(diào)整輸入的靈敏度。在完全逆時針的情況下，外部應用的信號沒有效果。順時針有最大的效果。當使用功率因數(shù)控制器時，正常設(shè)置是完全順時針的。
（4）過勵(EXC TRIP)調(diào)整
設(shè)置調(diào)整是固定的，并且不可修改。一般在LED上顯示過勵磁條件，也表明在運行。發(fā)電機必須停止，以重新設(shè)定一個勵磁狀態(tài)。
總結(jié)：
康明斯公司生產(chǎn)的斯坦福發(fā)電機系列自動電壓調(diào)節(jié)器是半波晶閘管相控型AVR和形式的一部分，用于無刷發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)。該設(shè)計采用了表面貼裝技術(shù)(SMT)的高集成度的特點，占地面積小的AVR。通過在AVR的電源電路中使用有效的半導體來確保從剩余電平積累的正電壓。電源和電壓檢測電路具有獨立的端子，如果需要持續(xù)的短路性能，可以直接從定子繞組獲得勵磁功率，或者從輔助繞組獲得勵磁功率。
斯坦福AVR電壓傳感終端連續(xù)采樣輸出繞組用于電壓控制目的。為了響應這個采樣電壓，AVR控制供給勵磁機磁場的功率，因此主磁場保持發(fā)電機輸出電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，補償發(fā)電機的負載、速度、溫度和功率因數(shù)。
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